土工復(fù)合材料在高等級(jí)公路路基中的應(yīng)用

文／德州市公路事業(yè)發(fā)展中心 邵桂彬

關(guān)鍵字:土工復(fù)合材料；高等級(jí)公路；路基

0 前言

土工復(fù)合材料作為一種新型的工程材料，具有強(qiáng)度高、延伸性能好、耐老化、耐酸堿、抗腐蝕、防滲性能好等特性，且運(yùn)輸方便、價(jià)格低廉，在高等級(jí)公路路基施工中得到廣泛的應(yīng)用。土工復(fù)合材料中的土工膜、土工格柵、土工筋帶等材料也在路基的各個(gè)部位中得到應(yīng)用。在現(xiàn)階段路基處理與建設(shè)中，通常采用基底鋪設(shè)土工布隔離，主要是依靠土工布材料各向均質(zhì)，形成均勻的纖維網(wǎng)有效地防止地表水滲入地基中，預(yù)防了路基膨脹現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高了路基穩(wěn)定性。

1 應(yīng)用實(shí)例

某高速公路線(xiàn)路全長(zhǎng)為35.213 km，對(duì)其進(jìn)行改擴(kuò)建施工，經(jīng)前期地質(zhì)勘察，該場(chǎng)地內(nèi)地層自上至下為:①層填土，主要由煤塊、矸石、礫石夾雜粉土組成，堆積時(shí)間小于5 年，較松散;②層混合土，由薄層粉土、中粗砂、礫砂呈小于15cm 的層狀交錯(cuò)混合構(gòu)成，局部夾粉土透鏡體，稍密～中密;③層圓礫，一般粒徑為2mm ～10mm，最大粒徑40mm ～100mm，以圓形～亞圓形為主，充填物主要以細(xì)砂、中粗砂為主，中密～密實(shí)。需要在路基縱向開(kāi)挖交界處鋪設(shè)土工織物、土工膜等組成的土工復(fù)合材料，有利于路基縱橫排水、消除新舊路基沉降。

2 土工復(fù)合材料的組成

2.1 土工織物

土工織物，又叫做笠工布，屬于透水性材料的一種。從制造工藝又可以分為紡?fù)凉た椢锖蜔o(wú)紡?fù)凉た椢铩Ｍ凉た椢镌诠饭こ讨械膽?yīng)用主要起到過(guò)濾性功能。一般用于路基表層施工，有利于減少反射裂縫的出現(xiàn)。

2.2 土工膜

土工膜一般不透水，從原料構(gòu)成可分瀝青和聚合物兩種。為了達(dá)到特定的變形、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，又存在加筋或不加筋土工膜。土工膜是過(guò)濾、排水、防滲、保土中的一種良好的土工復(fù)合材料。

2.3 復(fù)合式土工復(fù)合材料

復(fù)合式土工復(fù)合材料是指由二種或以上的土工復(fù)合材料混合的產(chǎn)品。復(fù)合式土工復(fù)合材料集合了不同合成材料的特性，具有更好的適用性?？椩煨偷目椢飶?fù)合材料對(duì)土工膜具有良好的加筋功能，可避免土工膜在運(yùn)輸和施工的過(guò)程中免受到外界干擾而損壞。非織造型的織物復(fù)合材料對(duì)膜起到加筋、保護(hù)、排氣、排水的功能，并可使膜面摩擦系數(shù)升高。

2.4 特種土工復(fù)合材料

特種土工復(fù)合材料又分為土工膜袋、土工網(wǎng)、土工格柵、破纖網(wǎng)、土工墊等。對(duì)于常見(jiàn)的土工格柵，由聚合物高分子材料經(jīng)相應(yīng)的定向拉伸處理，進(jìn)而形成的一種強(qiáng)度高、帶開(kāi)孔網(wǎng)格的平面網(wǎng)狀材料。

3 土工復(fù)合材料在高等級(jí)公路中的應(yīng)用

3.1 加筋

為了提高高等級(jí)公路路基的穩(wěn)定性、避免路基邊坡或路堤發(fā)生沉降，可以采用土工復(fù)合材料對(duì)其進(jìn)行加筋處理。加筋后，水平加筋表面與填充料二者形成的摩擦力方向平行于填充料的相對(duì)位移方向，使路堤的抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)。為了保證路堤排水順利，避免土工復(fù)合材料受到化學(xué)腐蝕，在路堤填筑作業(yè)中，需在原來(lái)的地表，敷設(shè)厚度40cm 左右的砂墊層，使透水性得到增強(qiáng)，然后再鋪設(shè)土工復(fù)合材料。

3.2 過(guò)濾和排水

路基路面的穩(wěn)定性與強(qiáng)度大小主要與水有很大關(guān)系。在路基路面施工與養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，需有效地進(jìn)行路面排水，這也是確保路基路面穩(wěn)定性的重要手段。在高等級(jí)公路施工中，土工復(fù)合材料與別的排水結(jié)構(gòu)彼此配合，構(gòu)成一個(gè)排水系統(tǒng)，進(jìn)而順利地排出地表水、地下水及結(jié)構(gòu)物中的水分。而且，在排水系統(tǒng)中利用土工織物，還可使得施工作業(yè)快、鋪設(shè)簡(jiǎn)單、施工成本更低。土工復(fù)合材料也能夠單獨(dú)使用，也可與其他材料混合使用，起到一定的過(guò)濾、排水功能，可用于暗溝、支擋結(jié)構(gòu)物的坡面防護(hù)與墻后排水工程。一般情況下，為了達(dá)到良好的過(guò)濾效果，可選無(wú)紡織物，或織造性土工織物；為了利用排水，可選無(wú)紡?fù)凉た椢?，或帶有濾布、合成纖維及鋼圈的加勁軟式透水管，以及塑料排水板。

3.3 隔離

在高等級(jí)公路的施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)承載能力弱的問(wèn)題，需要選用承載能力較強(qiáng)的材料進(jìn)行處理，高等級(jí)公路由于受到外界環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致內(nèi)部材料出現(xiàn)粘結(jié)的情況，如果能夠在容易發(fā)展粘結(jié)的材料上進(jìn)行土工復(fù)合材料的加鋪，將產(chǎn)生粘結(jié)的材料分隔開(kāi)，使這些材料即使是受到比較嚴(yán)重的壓力也不會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)，確保高等級(jí)公路整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.4 防護(hù)

路基主要由巖土構(gòu)成，且多數(shù)暴露于自然界，長(zhǎng)期受到外力作用，力學(xué)性質(zhì)易于變化。因此，對(duì)于路基防護(hù)措施，直接影響路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。由于土工復(fù)合材料具有良好的可塑性，可加工成特定的形狀，因此，在高等級(jí)公路路基防護(hù)中，能夠彌補(bǔ)“圬工防護(hù)”的缺陷。第二，做好坡面防護(hù)，對(duì)路基的邊坡工程外表面起到保護(hù)作用，防止雨水沖刷，可減弱溫濕度驟變給坡面造成的不利影響，使路基更加穩(wěn)定。在土質(zhì)邊坡防護(hù)中，一般選用拉伸網(wǎng)草皮、草種布、網(wǎng)格固定撒播等技術(shù)，對(duì)于巖質(zhì)邊坡，通過(guò)采用土工網(wǎng)和土工格柵進(jìn)行防護(hù)。

3.5 抗震

土工復(fù)合材料由于其特有的延伸性能，加筋土結(jié)構(gòu)可吸收地震作用力，因此有著良好的抗震性能。如2008 年汶川地震，震后，研究人員對(duì)國(guó)道G213 都江堰—映秀段加筋路基進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明，在強(qiáng)震作用下大多數(shù)未加筋路堤發(fā)生了淺層邊坡坍塌，極少數(shù)發(fā)生了路面錯(cuò)落的本體滑坡，但所有的路堤均未出現(xiàn)沿基礎(chǔ)面的滑動(dòng)，而土工格柵加筋路堤則基本未受到地震的破壞。另外，利用土工復(fù)合材料的抗震性能，可將其應(yīng)用到路橋過(guò)渡段中，可有效解決橋頭跳車(chē)問(wèn)題的出現(xiàn)。

3.6 裂縫防治

土工復(fù)合材料可抑制由于半剛性基層收縮產(chǎn)生的裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，使路面的車(chē)轍減少，減少老舊路面上的瀝青加鋪層反射裂縫的出現(xiàn)。為了做好路面裂縫防治，一般選用土工織物、玻纖網(wǎng)等土工復(fù)合材料。在對(duì)土工復(fù)合材料進(jìn)行選擇時(shí)需滿(mǎn)足以下要求：第一，耐熱性。土工復(fù)合材料鋪于半剛性的基層和瀝青面層中間，耐熱性要與瀝青面層的鋪筑標(biāo)準(zhǔn)相同，需要高于170℃以上。第二，防裂性。對(duì)于半剛性的路面基層，鋪設(shè)材料在車(chē)輛運(yùn)行荷載力作用下容易出現(xiàn)裂縫，裂縫處更容易產(chǎn)生拉應(yīng)力，為了對(duì)抗拉應(yīng)力，土工復(fù)合材料必須達(dá)到較強(qiáng)的抗拉標(biāo)準(zhǔn)。第三，延伸性。在裂縫處的土工復(fù)合材料有被頂破的危險(xiǎn)，特別是摻雜骨料的半剛性基層，受到施工技術(shù)水平和車(chē)輛載荷的影響，土工復(fù)合材料出現(xiàn)破洞，在受力條件下，破洞部位的敷設(shè)材料易被沖破，使路面的強(qiáng)度降低。因此，為了有效減少裂縫的出現(xiàn)，應(yīng)該確保所選用的土工復(fù)合材料具有良好的耐熱性、防裂性和延伸性。

4 結(jié)語(yǔ)

土工復(fù)合材料在高等級(jí)公路施工中的應(yīng)用，一定要嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并且結(jié)合工程項(xiàng)目建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，制定多個(gè)土工材料應(yīng)用方案，對(duì)土工復(fù)合材料應(yīng)用的合理性以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比較，從中選擇最佳方案。同時(shí)，要注重土工復(fù)合材料的推廣，加強(qiáng)材料應(yīng)用的研究力度，注重土工復(fù)合材料在高等級(jí)公路項(xiàng)目建設(shè)環(huán)境保護(hù)以及病害修復(fù)方面的應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)公路工程項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。